焦炭塔現場組對施工技術要點

曾永德

中國石化集團第五建設公司 甘肅蘭州 730060

焦炭塔現場組對施工技術要點

曾永德

中國石化集團第五建設公司 甘肅蘭州 730060

延遲焦化工藝是一種成熟的重油加工工藝，在渣油軟質化工藝中占有重要地位，焦炭塔是其中的核心設備。

我公司承擔施工的中國石化股份有限公司廣州分公司煉油完善配套及環保治理項目140萬t/a延遲焦化裝置中焦炭塔外形尺寸和重量較大,設備全容積約2302m3、容器凈重約326.811t、設備規格為φ9400×42.659×(26+3)/24/32/34/36/38/40/42/46，設備主體材質為SA387Gr11CL1和SA387Gr11CL1+06Gr13復合鋼板，裙座材質為Q345R，供貨狀態為散片到貨。焦炭塔上球形封頭由17塊球片和3塊極蓋板組成；筒節共分為14帶板；錐段分3段到貨：上段分9片、中段分6片，錐段下段與過渡段由廠家直接組焊成型。所有球片和板片全部由某壓力容器制造單位負責下料、壓制成型、坡口制備，我公司負責焦炭塔現場組對、焊接及安裝。綜合各種影響因素，我公司制定了先將該焦炭塔在施工現場分別組對焊接成三段（見圖1），再進行吊裝、組對、焊接成整體，而后進行整體熱處理以及強度試驗工作的安裝方案。

1 施工準備

1.1 施工作業文件的準備

（1）施工單位項目總工組織項目部相關人員審查焦炭塔設計圖紙是否齊全；確認設計總圖（藍圖）已加蓋壓力容器設計資格印章（復印章無效），印章中設計單位全稱、技術負責人姓名、設計許可證編號及設計許可證批準日期一應俱全，設計資格印章失效的圖樣和已加蓋竣工圖章的圖樣不得用于焦炭塔現場組焊施工；審查設計采用的技術法規和規范、標準應為有效版本；審查焦炭塔制造單位提供的產品質量證明文件應合法有效。

（2）施工單位項目總工組織人員根據焦炭塔設計圖紙和焦炭塔制造單位提供的技術文件編制現場組焊作業指導文件并履行審批手續。組織完成各層次的技術交底工作。

（3）施工單位項目總工組織技術人員核查現有焊接工藝評定是否能夠覆蓋焦炭塔組焊的需要，主要從現有焊接工藝評定所采用的焊接方法、適用的母材、焊接材料、焊接位置、試件厚度、焊接工藝等方面核查。如不能完全覆蓋，則需按照JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》組織進行所需的焊接工藝評定，確保項目所使用的焊接工藝評定能夠覆蓋焦炭塔組對焊接所涉及的所有位置和材質。

1.2 施工現場準備

1.2.1 焊工資格

參與焦炭塔現場組對焊接施工的焊工，必須按照TSG Z6002-2010《特種設備焊接操作人員考核細則》的規定進行培訓和考核，取得國家質量技術監督部門頒發的《特種設備作業人員證》，并且只能在有效期內從事與其合格項目相符的焊接工作，嚴禁超期、超范圍施焊。

1.2.2 設備、機具、卡具準備

電焊機等施工機械設備必須經入場前的安全檢查和確認，保證機械設備處于安全完好狀態；施工設備上的檢測儀表已經檢定（驗）合格。

用于施工檢驗的各種檢驗與試驗工具（如經緯儀、紅外線測溫儀、游標卡尺、盤尺、卷尺、鋼板尺等）已經法定的計量器具校驗單位檢定（驗）合格，并取得檢定（驗）證書。

專用檢測工具已制作完成并經檢查確認合格。為了焦炭塔的組焊工作能夠高效的進行，需特別制作焦炭塔組對檢查用弧形樣板（采用0.75mm的鍍鋅鐵皮制作），如筒體驗收弧形樣板、球形封頭球片驗收弧形樣板、焊縫棱角度驗收弧形樣板等。

1.2.3 組對平臺的搭設

焦炭塔組對平臺布置在施工區域經平整強化的預制場地上，尺寸為12m×12m。該組對平臺由尺寸為300mm×300mm的混凝土地梁基礎和δ=30mm厚度的鋼板組成。組對平臺搭設要求如下：

（1）混凝土基礎表面水平度要控制在2mm/m范圍之內；

（2）混凝土基礎養護強度達到75%以后方可將厚度為30mm的鋼板鋪設在之上；

（3）鋼板的水平度要控制在1mm/m范圍之內，鋼板之間需通過點焊的方式牢固連接。

1.3 焊接材料和焦炭塔組焊半成品的驗收

1.3.1 焊接材料的驗收

施工單位應按照相應焊接材料的產品標準對其進行驗收，驗收合格后，應做上合格標記入庫貯存并填寫焊材入庫檢驗記錄，妥善保管；用于現場施焊的焊接材料必須有質量證明書和合格證，且在一年有效期內；對同一爐批號的焊條和每種焊絲的熔敷金屬應至少作一次化學成份分析，并確認無誤。復合鋼板復層和過渡層以及耐蝕堆焊層采用的焊接材料EniCrFe-3應符合GB/T13814-92的要求。

1.3.2 焦炭塔組焊產品零部件的驗收

施工單位應按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》、壓力容器現場組焊相關規范、標準的要求組織對焦炭塔組焊產品零部件的檢查驗收并做好相關的記錄。

1.3.2.1 焦碳塔分瓣進入現場的半成品、零部件必須具有的技術文件：

（1）裝箱單（或半成品、零部件清單）；

（2）壓力容器產品安全質量監督檢驗證書；

（3）產品質量證明文件；

（4）需要的其它技術文件。

1.3.2.2 焦炭塔球形殼板、極蓋板、錐體瓣片與筒體單片周邊的坡口表面應滿足的要求：

（1）坡口尺寸應符合設計圖樣要求規定，表面應平滑；

（2）坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷；

（3）坡口及其邊緣100mm范圍內應清潔無污染，距離坡口100mm范圍內表面磁粉檢測Ⅰ級合格；

（4）用弧形樣板檢查到貨的半成品的弧度，應符合圖紙和技術文件要求；

（5）用弧形樣板檢查焦炭塔球形封頭瓣片曲率時，其允許偏差應符合表1的規定，檢查方法（見圖2）。

1.4 施工告知

在完成前述施工作業文件的準備和施工現場的準備工作后，施工單位項目總工應向焦炭塔使用單位所在地（直轄市或者設區的市級）質量技術監督部門履行告知手續。項目部應該準備好焦炭塔設計圖紙資料、焦炭塔筒體壓制單位產品質量證明文件、施工單位壓力容器現場組焊許可證及焦炭塔現場組焊作業文件等資料，隨時接受國家特種設備安全監督部門的監督檢查。

2 組對質量控制要點

2.1 焦炭塔組對焊接接頭分類

焦炭塔主要受壓部分的焊接接頭分為A、B、C、D四類，（見圖 3）。

A類焊接接頭：指焦炭塔圓筒部分的縱向接頭、球形封頭與圓筒連接的環向接頭、各類凸形封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接的接頭。

B類焊接接頭：指焦炭塔筒體部分的環向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭及除已規定為A、C、D類的焊接接頭。

C類焊接接頭：指平蓋、管板與筒體非對接連接的接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內封頭與圓筒的搭接接頭。

D類焊接接頭：指接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭。

2.2 焦炭塔組對質量要求

焦炭塔各組成部分（指板片、筒體、裙座、球形封頭瓣片和極蓋板之間）組對完成后，須對其各項數據進行檢查，檢查的項目和允許偏差（見表1）。

（1）組對時，采用工卡具調整組對間隙和錯邊量，不得進行強力組裝。

非復合板A、B類焊接接頭的對口錯邊量應符合表2規定，錯邊表面應圓滑過度，并在其寬度范圍內修整后斜度至少應為3:1；當焊縫兩側板厚度不一樣時，應保證內壁平齊，外部光滑過度；對于復合鋼板的焊接接頭，焊縫處的復層對口錯邊量不得大于復層厚度的50%，且不大于1mm。

表1 檢查的項目和允許偏差表

（2）在焊接接頭環向形成的棱角,用弦長等于1/6內徑，且不小于300mm的內樣板或外樣板檢查，其值不得大于（δ/10+2）mm，且不小于5mm。

（3）單層圓筒的直線度用不小于圓筒長度的直尺檢查，直尺與筒壁之間的間隙不大于1.5mm/m且不大于50mm。多個筒節直線度允許偏差應不大于殼體長度的1‰。各段殼體吊到胎具支座上，四條方位母線應對正，應以各段的基準圓為準調整間隙及錯邊量，通過筒體的0°、90°、180°270°四個部位拉φ0.5mm的細鋼絲進行（線錘、鋼板尺）測量，測量位置應離縱縫的距離不小于100mm。

（4）將筒圈組對、固定完成后，應使用U形管水平儀測量筒圈上部的水平度。

（5）組對完成后，應對其進行圓度檢查，單層圓筒上口最大內徑與最小內徑之差，不得大于25mm（見圖4）。

（6）單層筒圈組焊完畢后，應檢查兩相鄰筒圈的外圓周長允差不大于3.14×d/2，d為對口允許最大錯邊量。

2.3 焦炭塔組對防焊接變形加固措施

焦炭塔各部分組對檢查合格后，不應立即施焊。根據組對成形的各部分的特點采取相應的防變形措施（見圖5）。

“Y”形支撐圈用來防止焦炭塔筒圈組對縱向焊縫的焊接變形，其加裝要求是：在離焦炭塔筒圈頂部、底部200mm處及筒圈中部各設置1個。

“米”形支撐架用來防止焦炭塔錐體或球形封頭組對縱向焊縫的焊接變形，其加裝要求是：在錐體上部、下部適當位置分別設置一個；在球形封頭內離最大切面200mm處按所需的數量設置。

3 各部件組對步驟

3.1 焦炭塔上段球形封頭組對步驟

（1）在組裝鋼平臺上劃出球形封頭最大切口組裝基準圓（見圖6），組裝胎具的基準面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）按瓣片編號進行組對；

（3）在距離組對焊縫兩側約100mm范圍處各設置一塊定位板；

（4）球形封頭的組對必須搭設臨時胎具（見圖7），胎具的搭設尺寸根據組對工藝要求確定。

（5）以定位板和組對胎距為基準，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進行對口間隙和錯邊量的調整。

（6）調節球形封頭整體的錯邊量、對口間隙、下口的周長、圓度等，具體允許偏差必須符合焦炭塔組對質量要求。

需要注意的事項：球形封頭必須組對成整體后（封頭極蓋板先不組對）再進行焊接；定位板應采用與基層相一致的材料。

3.2 焦炭塔單層筒圈組對步驟

（1）在鋼平臺上劃出組裝基準圓，組裝胎具的基準面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；按瓣片編號組對；

（2）在距離組對焊縫兩側約100mm范圍處各設置一塊定位板，在組裝基準圓內，設置組裝胎具，以定位板和組裝胎距為基準，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進行對口間隙和錯邊量的調整（見圖8）；

（3）組對完成后，需依照防變形措施在筒圈內側上部、中部、下部分別用“Y”形支撐對其進行加固，參照“Y”形支撐圈加裝示意圖制作；

（4）經弧形樣板、焊縫檢驗尺、盤尺、卷尺等工具檢查合格后，具體尺寸必須符合焦炭塔組對質量要求。

3.3 焦炭塔筒圈之間環縫組對步驟

（1）在下段筒體的上口（端）內側或外側每隔500mm設置一塊定位板，以定位板為基準，將上段筒體按照筒體四條方位母線（彈出粉線為暫時性標記）的位置吊放上去，相鄰筒節四條方位母線要求必須對正，其偏差值不得大于5mm；

（2）在對口處每隔500mm放置間隙片一塊，用調節絲杠調整組對間隙，用卡子、銷子調整錯邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標（見圖9）。

（3）找正筒體垂直度，錯邊量等，具體允許偏差必須符合焦炭塔組對質量要求。

3.4 焦炭塔上段球形封頭與圓筒筒圈組對步驟

（1）根據球形封頭最大切面的幾何尺寸與相鄰的筒圈A1的幾何尺寸進行相應的調整，具體以球形封頭的尺寸為準；

（2）必須在球形封頭全部組焊完畢后才能組對筒圈A1；

（3）組對筒圈A1的步驟與焦炭塔單層筒圈組對步驟一致。

3.5 焦炭塔單層錐體筒圈組對步驟

（1）在鋼平臺上劃出錐體大口（下端）組裝基準圓，組裝胎具的基準面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）搭設臨時胎具（見圖10），胎具的搭設尺寸根據組對工藝要求確定。

（3）按瓣片編號進行組對；

（4）在距離組對焊縫兩側約100mm范圍處各設置一塊定位板；

（5）以定位板和組裝胎距為基準，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進行對口間隙和錯邊量的調整；錐段組對間隙、錯邊量等具體允許偏差必須符合焦炭塔組對質量要求。

（6）檢查錐段組對質量，保證錐段上下口（端）投影圓保持同心（見圖11）。即：錐段上口（端）投影到底板上的圓C1與底板定位圓C2間距相等，即所有測量的a的數據相等。

（7）在錐體上、下口（端）的適當位置分別用“米”字支撐對其加固后進行焊接。

3.6 焦炭塔錐體與錐體間組對步驟

（1）在下段錐體的上口內側或外側每隔500mm設置一塊定位板，以定位板為基準，將上段錐體按照錐體四條方位母線的位置吊放上去，相鄰錐段四條方位母線要求必須對正，其偏差值不得大于5mm；

（2）在對口處每隔500mm放置間隙片一塊，用調節絲杠調整組對間隙，用卡子、銷子調整錯邊量，使其沿圓周均勻分布，防止局部超標。

（3）調整錐體整體的同心度、直線度等，其允許偏差必須符合焦炭塔組對質量的要求（見圖11）。

（4）在錐體上、下口（端）的適當位置分別用“米”字支撐對其加固后進行焊接。

3.7 焦炭塔錐段與圓筒筒圈組對步驟

（1）以錐體的第一圈A15上口圓周尺寸為準，調整并確定其相鄰筒圈A14的幾何尺寸；

（2）必須在錐體第一圈A15組焊完成后才能組對筒圈A14；

（3）組對筒圈A14的步驟與焦炭塔單層筒圈組對步驟一致。

3.8 焦炭塔裙座的組對步驟

（1）在焦炭塔組對鋼平臺上劃出裙座下口組裝基準圓，組裝胎具的基準面必須找平，其水平度允許偏差為1mm；

（2）搭設臨時胎具，胎具的搭設尺寸根據組對工藝要求施工；（3）按瓣片編號進行組對；

（4）在距離組對焊縫兩側約100mm范圍處各設置一塊定位板；

（5）以定位板和組裝胎距為基準，用工卡具使瓣片緊靠定位板和胎具，進行對口間隙和錯邊量的調整。其允許偏差必須符合焦炭塔組對質量的要求

（6）在裙座離上下口200mm處分別用“米”字支撐對其加固后進行焊接。

4 結語

焦炭塔現場組焊涉及施工準備、組對質量控制及步驟、吊裝、焊接、熱處理、無損檢測、壓力試驗及竣工驗收等各項工作，其他工作的技術要點不在本文談論的范圍之內，在此不再贅述。

我公司在中國石化股份有限公司廣州分公司煉油完善配套及環保治理項目140萬t/a延遲焦化裝置焦炭塔現場組焊過程中，采用上述方法快速、高效的完成了所有現場組對任務，取得了各組對工序一次報驗通過的良好業績，節省了機械臺班、降低了施工成本；為后續的焊接等工序打下了良好的基礎，值得其他壓力容器現場組焊工程借鑒。

1《固定式壓力容器安全技術監察規程》 TSG R0004-2009.

2《鋼制壓力容器》（含第1、2號修改單）GB150-1998.

3《鍋爐和壓力容器用鋼板》 GB713-2008.

4《石油化工靜設備安裝工程施工質量驗收規范》 GB50461-2008.

5 中國石化股份有限公司廣州分公司140萬t/a延遲焦化裝置焦炭塔制造及驗收工程技術條件.

TE682

B

1672-9323（2012）03-0038-04

2012-04-02）